悬索桥荷载试验方案

某悬索桥荷载试验方案长安大学某悬索桥荷载试验方案某悬索桥荷载试验方案长安大学1概述1.1工程概况某悬索桥桥梁全宽19.0m。主桥采用单拱塔双索面自锚式悬索桥，跨径组合为45.5+45.5=91.0m主塔下接承台，基础采用钻孔灌注桩基础，桥台采用一字墙式桥台，与路堤相接。主塔为椭圆形拱塔，主缆鞍座一下部分为变截面矩形钢筋混凝土断面，鞍座以上部分为钢箱断面，截面尺寸由根部3.135m（顺桥向）×2.3m（横桥向）渐变为塔顶1.4m（顺桥向）×1.0m（横桥向）。拱塔全高42.478m，桥面以上高34.584m。主塔横桥向外轮廓线由椭圆曲线、直线段平顺连接，椭圆曲线长轴为26.5m，短轴12.0m，直线段长15.978m。本桥主梁为2×45.5m预应力钢筋混你那天连续箱梁结构，单箱四室，桥梁中心线处梁高1.5m，顶面设置2%的双向横坡，截面顶面宽19m，箱梁顶、底板厚25cm，腹板厚40cm。每隔6m对应吊索处设置一道40cm厚的横隔梁，吊杆锚固于主梁外侧梁底。桥塔处设置一道200cm厚的横隔梁，桥台处设置一道280cm厚的端横梁。主梁除在桥台处设有竖向支承外，在桥塔处下支墩上也设置有竖向支承支座。1.2主要技术标准1、设计基准期：100年；2、道路等级：城市次干道Ⅱ级；3、设计行车速度：40km/h；4、设计荷载：1）汽车荷载：公路—Ⅱ级；2）人群荷载：3.0KN/㎡；3）温度变化：-3℃~34℃；4）抗震设防标准：抗震设防类别B类，抗震烈度6度；抗震设防措施等级7度；基本地震动加速度峰值0.05g；5、桥面宽度：（沿路线前进方向从左往右布置）某悬索桥荷载试验方案长安大学5.0m（人行道含栏杆）+9.0m（车行道）+5.0m（人行道含栏杆）=19m6、桥面横坡：双向2.0﹪；7、桥面纵坡：0.8﹪、-0.8﹪；8、最高洪水位：按20年一遇洪水位进行设计。1.3结构形式某悬索桥采用半漂浮体系，单拱塔双索面自锚式悬索桥，如下图所示：图1.1全桥结构示意图箱梁断面示意图如下所示图1.2箱梁结构断面示意图（单位cm）2试验目的与依据2.1试验目的试验的主要目的有以下几个方面：（1）检验设计、施工质量，确定工程的可靠性，为交（竣）工验收提供技某悬索桥荷载试验方案长安大学术依据；（2）验证悬索桥结构设计的合理性，为设计积累科学资料；（3）直接了解悬索桥结构承载能力情况，以判断实际承载能力，评价其在设计使用荷载下的工作性能；（4）通过动载试验了解悬索桥结构的固有振动特性以及在长期使用荷载阶段的动载性能。（5）检验悬索桥主体结构的工程质量，验证结构的可靠性，建立桥梁结构的“指纹”档案，为以后的运营、管养、检测提供基础数据。2.2试验依据本次桥梁试验主要依据以下技术文件和标准进行：1.《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）2.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）4.《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）5.《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T50283-1999）6.《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）7.《大跨径混凝土桥梁的测试方法》（YC4-4/1982）8.《某悬索桥图纸》3试验实施说明3.1试验内容现场试验和内业的分析计算主要有以下几个方面：1．实测桥梁控制断面在静载作用下的应变和挠度；2．实测桥梁在动载作用下的动态参数；3．检查主梁是否出现新裂缝；4．分析计算桥梁结构控制断面的应变和挠度；5．分析在静、动力荷载作用下桥梁的整体工作性能；6．通过计算和试验数据的比较，确定试验桥梁的承载力刚度是否满足要求。某悬索桥荷载试验方案长安大学3.2试验荷载根据《公路桥梁承载能力检测评定规程（JTGTJ21-2011）》中的建议，桥梁荷载试验一般采用基本荷载。其中，静力试验荷载的效率系数的取值范围为：0.951.05(2-1)其中：η—荷载效率系数，η=Sstat/(S×δ)；Sstat—试验荷载作用下检测部位变位或力的计算值；S—设计标准荷载作用下检测部位变位或力的计算值（不计动力系数）；δ—设计取用的冲击系数值。为了保证试验的有效性，必须使测试截面的试验荷载的效率系数大于或等于0.95。即在实际加载过程中，为了减少试验时间及简化工况的目的，在保证主要检验项目荷载系数满足要求的前提下，要适当减少或加大某些项目的荷载效率系数，但荷载效率系数的增大必须保证结构的安全。3.3试验前准备正式加载前，应完成一下准备工作：(1)现场考察以及试验方案设计。(2)搭设观测脚手架。脚手架的搭设要保证安全，方便安装、观测仪表，不影响仪表的正常工作，不干扰测点附属设施。(3)静载试验加载位置的放样和卸载位置的安排。静载试验前在桥面对应位置进行放样，以便于加载试验的顺利进行。静载试验的卸载位置应预先安排，既要考虑加卸载方便，离加载位置近些，又要不影响试验点的受力。(4)仪器安装与检查。仪表、设备容易受到碰撞、扰动的部位应加保护设备，系保险绳或设置醒目标志。按仪表要求进行标定和必要的误差修正，满足测试精度要求。(5)试验分工及其它准备工作。(6)预加载。在正式试验以前，对结构进行2~3次预加载，以消除非弹性变形，使结构进入正常工作状态，荷载、位移关系趋于稳定。预加载还可以检查测试设备是否正常，性能是否可靠，人员是否组织完善，操作是否熟练。若结构回某悬索桥荷载试验方案长安大学零及线性很好，预加载1~2次便可进入正式试验。3.4试验过程所有加载试验均按以下原则进行：(1)为了加载安全和了解结构应变、挠度随加载大小的变化关系，对主要工况分2级施加荷载，分2级卸载。(2)为了尽可能地减小加载试验中结构残余变形的影响，静载试验加载和卸载到位后，关闭汽车发动机，持续一段时间。加载和卸载的持续时间一般以结构变形达到稳定为原则。如果5分钟内的测试增量小于量测仪器的最小分辨率，或后5分钟的增量小于前5分钟增量的15%，可认为结构达到相对稳定。(3)现场试验中各工况，对重要测点数据与理论值现场进行分析比较。(4)动载试验相邻试验的间隔时间超过10分钟。3.5安全控制措施需要采取一定的安全控制措施，才能保证试验安全和成功。试验荷载应分级施加，每级荷载施加后，应及时测读数据并与相应计算值对比分析，确认结构安全后再继续加载。试验过程中，工作人员随时观察结构关键部位的状况，如有异常立刻通知指挥人员并停止试验。当加载过程中发生下列情况之一时，立即终止加载：(1)控制测点的挠度、应力实测值已明显超过设计值。(2)裂缝的长度、宽度急剧增加，新裂缝大量出现，结构发出异常的响声或已出现明显的破损。(3)发生其它影响桥梁正常使用和承载能力的损坏。吴家营大桥荷载试验报告长安大学4主要试验仪器与设备本次桥梁荷载试验采用的主要试验仪器与设备如表4-1所示：表4-1主要检测仪器及设备一览表序号仪器设备名称测试精度型号规格产地用途1静载测试仪2.22DH3815（或7V08）中国、日本静载数据采集2接线箱(及传输电缆)2.22DH3815（或7V08）中国、日本静载数据传输3全站仪±1.5’TC-2003瑞士几何测量4棱镜LEICA瑞士几何测量5精密水准仪0.2mm中国挠度测量6数码相机S5100日本损伤及现场资料记录7发电机雅马哈美国发电吴家营大桥荷载试验报告长安大学5静载试验5.1静载试验测点布置5.1.1挠度测点布置5.1.1.1主梁挠度测点挠度测点设在梁底端，采用百分表或精密水准仪观测结构竖向变位。根据主梁活载作用挠度包络图，确定某悬索桥的跨中、L/8、L/4、3L/8、塔脚截面处为挠度测试断面如图5.1所示，图中标记处为挠度测点。图5.1主梁挠度测点布置示意图5.1.1.2主塔挠度测点主塔挠度测点布置在桥塔顶部，采用全站仪监测，测点布置。吴家营大桥荷载试验报告长安大学5.1.2应变测点图5.2应变测试断面测点布置示意图5.1.2.1主梁应变测点根据结构受力特点，主梁纵向应变测点为3个：跨中、L/8、3L/8，如图5.2中的I-I，II-II，III-III断面所示：图5.3主梁应变测试断面测点布置示意图5.1.2.2主塔应变测点主塔根部布置测点断面一处，为IV-IV断面（如图5.2所示）,主塔根部断面应变测点布置如5.4图所示：吴家营大桥荷载试验报告长安大学图5.4主塔根部断面应变测点布置示意图5.1.3加载车辆根据本工程的设计荷载等级，按照等代荷载的方式进行加载。计算确定试验荷载，并结合现场实际情况，选择满足试验的车辆和车重进行试验加载。为了准确进行荷载试验，试验前进行了理论计算。本桥采用MIDAS/Civil程序进行了结构静力计算、活载效应计算及相应的加载效率的计算。表5.1加载车辆技术参数与载重表车型中后轴距(cm)前中轴距(cm)后轮距(cm)前轴重(kN)中后轴重(kN)总重(kN)重车13538518080160400图5.4试验重车车型示意图5.2试验工况（1）跨中最大正弯矩工况，横桥向为中载；（2）跨中最大正弯矩工况，横桥向为偏载；（3）L/8最大正弯矩，横桥向为中载；（4）L/8最大正弯矩，横桥向为偏载；（5）主塔塔顶纵向最大水平变位，横桥向为中载；（6）主塔塔顶纵向最大水平变位，横桥向为偏载。吴家营大桥荷载试验报告长安大学以上各工况车辆纵向布置如图5.5-10所示：图5.5跨中最大正弯矩工况（中载）图5.6跨中最大正弯矩工况（偏载）吴家营大桥荷载试验报告长安大学图5.7L/8最大正弯矩工况（中载）图5.8L/8最大正弯矩工况（偏载）图5.9塔顶位移最大工况（中载）吴家营大桥荷载试验报告长安大学图5.10塔顶位移最大工况（偏载）5.3试验观测项目（1）应变观测：在试验过程中，对每一工况的每级加载应变进行数据采集，应变观测应包括初应变、各工况对应的弹性应变、残余应变等，并及时与理论计算结果进行对比分析。（2）挠度观测：在试验过程中，对每一工况的每级加载挠度进行数据采集，挠度观测应包括初挠度、各工况对应的弹性挠度、残余挠度等，并及时与理论计算结果进行对比分析。（3）裂缝观测：在试验加载过程中，采用人工巡查的方式检查梁体的开裂情况，一旦梁体或主塔出现受力开裂现象，应立即停止试验加载。5.4试验荷载加载分级为了加载安全和了解结构应变和变位随试验荷载增加的变化关系，对桥梁荷载试验各主要工况的加载应分级进行，而且一般安排在开始的几个加载程序中执行。附加工况一般只设置最大内力加载程序。（l）分级控制的原则当加载分级较为方便时，可按最大控制截面内力荷载工况均分为4一5级;当使用载重车加载时，车辆称重有困难时也可分成为3级加载;当桥梁的调查和验算工作不充分或桥况较差时，应尽量增多加载分级。如限于条件，加载分级较吴家营大桥荷载试验报告长安大学少时，应注意每级加载时，车辆荷载应逐辆驶入预定加载位置必要时可在加载车辆未到达预定加载位置前分次对控制测点进行读数监控，以确保试验安全;在安排加载分级时，应注意加载过程中其他截面内力亦逐渐增加，且最大内力不应超过控制荷载作用下的最不利内力;根据具体条件决定分级加载的方法，最好每级加载后卸载，也可逐渐加载达到最大荷载后逐渐卸载。（2）车辆荷载加载分级的方法逐渐增加加载车辆数，先上轻车后上重车，加载车位于内力影响线的不同位置，加载车分次装载重物，以上各法亦可综合采用，以方便加载分级实施。（3）加卸载的时间选择为了减少温度变化对试验造成的影响，加载试验时间以22:00一6:00为宜，尤其是采用重物直接加载，加卸载周期比较长的情况下只能在夜间进行试验。对于采用车辆等加卸载迅速的方式，如夜间试验照明等有困难时亦可安排在白天进行试验但在晴天或者多云的天气下进行加载试验时，每一加载周期所花费的时间不宜超过20min。（4）加载分级的计算根据各荷载工况的加载分级，按弹性阶段计算结构各测点在不同荷载等级下的理论计算变位(或应变)，以便对加载试验过程进行分析和控制。计算采用的材料弹性模量，如己做材料试验的用实测值，未做材料试验的